JP2022077094A - Contactless oscillation measurement device and contactless oscillation measurement method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、非接触振動計測装置および非接触振動計測方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a non-contact vibration measuring device and a non-contact vibration measuring method.
レーザによる計測技術は、コンクリートによるインフラ、溶接を伴う製造物から生体まで様々な分野で遠隔かつ非破壊で検査できる手法として注目されている。レーザを用いた超音波計測法、いわゆるレーザ超音波法は、従来実験室的な測定に用途が限られてきたが、大出力の受信用レーザ光源や粗面に強い干渉計測装置が開発され始めたことにより、急速に工業現場への適用が進んでいる。例えば溶接中の高温の溶接ビード上にレーザを照射し、発生した欠陥をその場で検出する溶接インプロセス検査などが実用化されている。 Laser measurement technology is attracting attention as a method that can be remotely and non-destructively inspected in various fields from concrete infrastructure, welded products to living organisms. The ultrasonic measurement method using a laser, the so-called laser ultrasonic method, has been limited to laboratory-like measurements, but high-power receiving laser light sources and interference measurement devices that are strong against rough surfaces have begun to be developed. As a result, application to industrial sites is rapidly progressing. For example, a welding in-process inspection that irradiates a high-temperature weld bead during welding with a laser to detect the generated defect on the spot has been put into practical use.
レーザ超音波法の最大の強みは非接触での計測が可能な点にあり、触れられないほど脆い、小さい、狭い、高温であるなどのプローブ接触が困難な対象、もしくは対象物への性能影響や対象物の大きさから、水などの媒質に浸漬できない対象等に適用が期待されている。 The greatest strength of laser ultrasonic method is that it can be measured without contact, and it is fragile to the touch, small, narrow, high temperature, etc., where probe contact is difficult, or performance effect on the object. It is expected to be applied to objects that cannot be immersed in a medium such as water due to the size of the object.
一方で、超音波の受信にレーザ干渉計測を用いるという特性上、超音波の受信にかかわる装置が大掛かりかつ高価となる。また、計測自体が不安定であり光源や干渉計そのものの安定性向上が必要となる。これらの問題点が、広範な普及への妨げとなってきた。 On the other hand, due to the characteristic that laser interference measurement is used for receiving ultrasonic waves, the device involved in receiving ultrasonic waves is large and expensive. In addition, the measurement itself is unstable, and it is necessary to improve the stability of the light source and the interferometer itself. These problems have hindered widespread use.
上述の課題を解決すべく、レーザ超音波法のロバスト化については色々な取組が成されてきた。例えば、測定対象の表面凹凸が生み出すスペックルノイズを低減するため、干渉計における受光用ダイオードをアレイ化したり、反射光が自己干渉を行うファブリペロー干渉計を用いたり、反射光と参照光の波面を揃えるフォトリフラクティブ効果のある結晶を途中に導入したりすることで、感度の安定化が一定の効果を上げてきた。 In order to solve the above-mentioned problems, various efforts have been made to make the laser ultrasonic method robust. For example, in order to reduce the speckle noise generated by the surface unevenness of the measurement target, array the light receiving diodes in the interferometer, use a Fabry-Perot interferometer in which the reflected light self-interferes, or use the wave surface of the reflected light and the reference light. By introducing a crystal with a photorefractive effect in the middle, stabilization of sensitivity has achieved a certain effect.
しかしそれでも、もともと用いるレーザ光のコヒーレンシを上げるために安定化された大型のレーザ光源を用いたり、テーブルトップサイズの干渉計を組んだりする必要があった。 However, it was still necessary to use a large stabilized laser light source or to build a tabletop-sized interferometer in order to increase the coherency of the originally used laser beam.
それらと異なるアプローチとして、例えば、マイクロチップの薄型レーザ結晶で発生させたレーザを対象に照射し、反射してきた光を再びマイクロチップレーザの結晶に戻し、発生するレーザ光の乱れから粒子計測を行う技術が提案されている。 As a different approach, for example, a laser generated by a thin laser crystal of a microchip is irradiated to the target, the reflected light is returned to the crystal of the microchip laser again, and particle measurement is performed from the disturbance of the generated laser light. Technology has been proposed.
しかし、この手法で得られる受信信号は、マイクロチップ結晶で発生させたレーザ光と、このレーザ光が計測対象で反射してマイクロチップ結晶に帰還し、帰還レーザ光により変調した変調発振レーザ光の2つのレーザ光が混合したものになる。 However, the received signal obtained by this method is the laser light generated by the microchip crystal and the modulated oscillation laser light that the laser light is reflected by the measurement target and returned to the microchip crystal and modulated by the feedback laser light. It is a mixture of two laser beams.
本発明の目的は、上記のようにして得られた受信信号が、計測対象の表面状態や振動状態、マイクロチップ結晶の励起状態などの条件が変わったときの影響を受けている場合に、得られた信号から所望の情報を抽出することのできる非接触振動計測装置および非接触振動計測方法を提供することにある。 An object of the present invention is that the received signal obtained as described above is affected when conditions such as the surface state and vibration state of the measurement target and the excitation state of the microchip crystal are changed. It is an object of the present invention to provide a non-contact vibration measuring device and a non-contact vibration measuring method capable of extracting desired information from a obtained signal.
実施形態の非接触振動計測装置は、光源を備え、前記光源から出力される光源レーザ光をシードとして被測定対象の表面に照射する発振レーザ光を発振するレーザ発振器と、ビームスプリッタと、前記ビームスプリッタによって分岐された発振レーザ光、ならびに前記被測定対象の表面から前記レーザ発振器への散乱帰還レーザ光により変調され前記ビームスプリッタによって分岐された変調発振レーザ光を受光し電気信号に変換する光検出部と、前記光検出部により変換された発振レーザ光もしくは変調発振レーザ光の強度である受信信号を収録する信号収録部と、を具備し、信号収録開始から信号収録終了の時間内に、2つ以上の任意の値の遅延時間と、当該遅延時間毎に設けられた任意の幅の時間ゲートとが設けられ、それぞれの前記時間ゲートで前記光検出部により取得された受信信号を個々に収録することを特徴とする。 The non-contact vibration measuring device of the embodiment includes a laser oscillator, a beam splitter, and the beam, which are provided with a light source and oscillate an oscillating laser light that irradiates a surface to be measured with a light source laser light output from the light source as a seed. Light detection that receives the oscillating laser light branched by the splitter and the modulated oscillating laser light modulated by the scattering feedback laser light from the surface of the object to be measured to the laser oscillator and is branched by the beam splitter and converted into an electric signal. 2. A delay time of one or more arbitrary values and a time gate of an arbitrary width provided for each delay time are provided, and the received signal acquired by the optical detection unit at each of the time gates is individually recorded. It is characterized by doing.
本発明によれば、得られた受信信号が計測対象の表面状態や振動状態、マイクロチップ結晶の励起状態などの条件が変わったときの影響を受けている場合に、得られた信号から所望の情報を抽出することのできる非接触振動計測装置および非接触振動計測方法を提供することができる。 According to the present invention, when the obtained received signal is affected by changes in conditions such as the surface state and vibration state of the measurement target and the excited state of the microchip crystal, it is desired from the obtained signal. It is possible to provide a non-contact vibration measuring device and a non-contact vibration measuring method capable of extracting information.
以下、実施形態に係る非接触振動計測装置および非接触振動計測方法について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, the non-contact vibration measuring device and the non-contact vibration measuring method according to the embodiment will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
第1実施形態に係る非接触振動計測装置および非接触振動計測方法について説明する。代表的例を図1および図2に示す。なお、本図では同軸で描画するべき光路について、説明性のために平行としている場合がある。
(First Embodiment)
The non-contact vibration measuring device and the non-contact vibration measuring method according to the first embodiment will be described. Representative examples are shown in FIGS. 1 and 2. In this figure, the optical paths to be drawn coaxially may be parallel for the sake of explanation.
図1に示すように、非接触振動計測装置は、レーザ発振器2、光検出部3、ビームスプリッタ7を具備している。レーザ発振器2は、光源レーザ光10を発振するための光源1を備え、光源1から出力される光源レーザ光10をシードとして被測定対象21表面に照射する発振レーザ光11を発振する。
As shown in FIG. 1, the non-contact vibration measuring device includes a
光検出部3は、ビームスプリッタ7によって分岐された発振レーザ光11、ならびに被測定対象21表面からレーザ発振器2への散乱帰還レーザ光12により変調された変調発振レーザ光13を受光し電気信号である受信信号14に変換する。ビームスプリッタ7は、上記した発振レーザ光11、変調発振レーザ光13ならびに散乱帰還レーザ光12を所定の比率に分岐する。
The
また、非接触振動計測装置は、信号収録部4、信号処理部5、信号収録時間設定部6、全体制御部9を具備している。信号収録部4は、光検出部3により変換された発振レーザ光11および変調発振レーザ光13の両方もしくは片方の強度である受信信号14を収録する。信号処理部5は、信号収録部4に収録された上記受信信号14の処理を行う。また、信号収録時間設定部6は、後述するように、信号収録開始から信号収録終了の時間内に、2つ以上の任意の値の遅延時間Tdiと、遅延時間毎に設けられた任意の幅の時間ゲートTgiの設定等の信号収録時間の設定を行う。全体制御部9は、これらの信号処理系の動作および装置全体の動作の制御を行う。
Further, the non-contact vibration measuring device includes a
ここで、受信信号14をデジタル化する、周波数フィルタをかける若しくはフィルタ帯域を制御するといった信号処理および収録は全体制御部9によって行われる。全体制御部9は波形や条件等を表示する表示部、マウスやキーボード、タッチパネルといったユーザインタフェースを有してもよい。
Here, signal processing and recording such as digitizing the received
図1に示すように、光源1から発せられた光源レーザ光10は、レーザ発振器2に入射され、レーザ発振器2は発振レーザ光11を生じる。発振レーザ光11はビームスプリッタ7で所定の比率で分割され、片方は被測定対象21表面に、他方は光検出部3に照射される。
As shown in FIG. 1, the light
被測定対象21表面で反射された発振レーザ光11は、散乱帰還レーザ光12となって再びビームスプリッタ7へ戻り、ビームスプリッタ7から透過した散乱帰還レーザ光成分がレーザ発振器2に再帰する。
The oscillating laser light 11 reflected on the surface of the object to be measured 21 becomes the scattering feedback laser light 12 and returns to the
散乱帰還レーザ光12が再帰したレーザ発振器2は、散乱帰還レーザ光12が変調されていた場合、発振レーザ光11の固有振動に他の周波数帯域が乗じる変調発振レーザ光13となって発振される。この変調発振レーザ光13は、ビームスプリッタ7を通して光検出部3で電圧波形となる受信信号14に変換される。光検出部3に入射するレーザ光を集光するために、集光部8を設ける場合もある。
When the scattered feedback laser light 12 is modulated, the
本構成において、光源1から発せられる光源レーザ光10としては、代表的なダイオードレーザや、He-Ne等のレーザ、YAG等のレーザ、ファイバレーザ等が挙げられる。ここでは何かに限定されるものではなく、後述するレーザ発振器2ともっとも相性の良いものを用いることが重要である。
In this configuration, examples of the light
発振レーザ光11を生ずるレーザ発振器2は、光源レーザ光10をシードとして連続波を生じるものがよい。色々な媒体が利用できるが、例えばNd:YVO4やNd:YAGのようにサブmm~数mm程度の結晶板厚さ(共振器厚さ)にマイクロチップ化して利用するものが好適と想定される。例えば、Nd:YVO4をレーザ発振器2として用いた場合は、光源レーザ光10の波長は808.8nm周辺が好適であり、これにあわせて光源1を選択することとなる。もちろん、ここで例示した以外の組合せでもよく、発振レーザ光11を生じる組合せであればよい。
The
ビームスプリッタ7は、主にハーフミラー等で代表される偏光に依存せずに光を一定割合に分岐させるものでもよいし、偏光ビームスプリッタ(ポーラライザ)のようにある位相に応じて透過と反射を分岐するものでもよい。ポーラライザを用いる場合には、ポーラライザの前段あるいは後段に位相情報を変化させるλ/2やλ/4の波長板を適宜挿入してもよい。
The
被測定対象21は、材料の種類としては金属や複合材、樹脂等が想定される。被測定対象21表面に照射された発振レーザ光11は、被測定対象21表面が定常状態であれば、そのまま発振レーザ光11が反射し、そのまま散乱帰還レーザ光12としてレーザ発振器2に戻ってくる。ここで、被測定対象21表面が超音波等で代表されるように高速で振動していた場合、その振動が定常状態の発振レーザ光11に対して波長および位相変化した散乱帰還レーザ光12を生じることとなる。
The material to be measured 21 is assumed to be a metal, a composite material, a resin, or the like. If the surface of the object to be measured 21 is in a steady state, the oscillating laser light 11 irradiated on the surface of the object to be measured 21 is reflected by the oscillating laser light 11 as it is, and returns to the
ここで、光検出部3により変換された発振レーザ光11および変調発振レーザ光13の両方もしくは片方の強度である受信信号14を収録する信号収録部4の機能について説明する。
Here, the function of the
図2は、信号収録開始時刻Tsから信号収録終了時刻Teの間において、信号収録開始時刻Tsから遅延時間Td1の後に時間ゲートTg1、遅延時間Td2の後に時間ゲートTg2が設けられ、それぞれの時間ゲート内の信号が取得される場合を示している。例えば時間ゲートTg1で取得される信号が計測したい振動現象についての情報を含んでいるとして、その直後の時間ゲートTg2にどのような信号が現れるかの情報を得ることができる。信号収録部4における信号収録は、信号収録開始時刻Tsから信号収録終了時刻Teの間の信号を一旦収録して各時間ゲートTg1、Tg2の信号を切り出して収録し直してもよく、各時間ゲートTg1、Tg2の信号のみを収録してもよい。
In FIG. 2, between the signal recording start time Ts and the signal recording end time Te, a time gate Tg1 is provided after the delay time Td1 and a time gate Tg2 is provided after the delay time Td2 from the signal recording start time Ts, and each time gate is provided. Shows the case where the signal in is acquired. For example, assuming that the signal acquired by the time gate Tg1 contains information about the vibration phenomenon to be measured, it is possible to obtain information on what kind of signal appears at the time gate Tg2 immediately after that. For signal recording in the
ここで、遅延時間Tdi、時間ゲートTgiの設定は、別に設けられた信号収録時間設定部6にて任意の値にすることができるが、信号収録部4に時間設定機能を持たせて行うことでもよい。時間設定は、計測に用いるプログラム内でデータ取得タイミング等を指定する方法や、遅延パルス発生器からトリガを出して行う方法が考えられる。信号の解析は信号処理部5にて行われるが、後述するように、信号処理部5の機能として、信号強度比較機能、信号周波数特性比較機能を持たせて詳細な評価を行うこともできる。
Here, the delay time Tdi and the time gate Tgi can be set to arbitrary values by the signal recording
図2では、振動信号の直後の信号を遅延時間および時間ゲートの設定により取得する例を示したが、遅延時間、時間ゲートは、それぞれ2つ以上、そして任意の値に設定できるので、信号収録開始時刻Tsから信号収録終了時刻Teの間であれば、どの時間帯に設定しても良い。 In FIG. 2, an example of acquiring the signal immediately after the vibration signal by setting the delay time and the time gate is shown. However, since the delay time and the time gate can be set to two or more and arbitrary values, the signal is recorded. Any time zone may be set as long as it is between the start time Ts and the signal recording end time Te.
図3は、2番目の時間ゲートTg2を、時間ゲートTg1における振動信号の収録直後ではなく、信号収録終了時刻Teの直前に行う場合を示している。図2、図3は、2つの時間ゲートによる信号収録を1回行う場合のデータ取得タイミングを示しているが、図4に示すように2回以上、繰り返し計測することも考えられる。これは例えば、パルス発生器などにより、一定の時間周期で発生させたトリガ毎、あるいは、別の計測センサなどに入力される情報が、例えば電圧値などがあらかじめ定めた閾値を超えることに対して働くトリガ毎に信号収録を行う方法などが考えられるが、手動で信号収録開始、終了を決める方法など、他の方法を用いても良い。信号収録の繰り返しを行う場合、図3に示したように、Tg2で取得した信号を、次の収録が開始する前の計測系の状態確認のために用いることが可能である。 FIG. 3 shows a case where the second time gate Tg2 is performed not immediately after recording the vibration signal at the time gate Tg1 but immediately before the signal recording end time Te. 2 and 3 show the data acquisition timing when the signal is recorded once by the two time gates, but as shown in FIG. 4, it is also conceivable to repeat the measurement twice or more. This is because, for example, the information input to each trigger generated at a fixed time cycle by a pulse generator or to another measurement sensor, for example, exceeds a predetermined threshold value such as a voltage value. A method of recording a signal for each working trigger can be considered, but another method such as a method of manually determining the start and end of signal recording may be used. When the signal recording is repeated, as shown in FIG. 3, the signal acquired by Tg2 can be used for confirming the state of the measurement system before the next recording starts.
次に、図5に示すように、加振源20により被測定対象21を振動させて計測をする場合を考える。図6に時間チャートを示す。ここでは加振時刻Tvと同時刻に信号収録を開始しているが、この限りではなく、例えば加振した時刻に対して遅延時間を設けて信号収録を開始しても良い。加振源20により発生した振動による信号Sviを時間ゲートTg1で取得し、時間ゲートTg2の信号をバックグラウンド(振動の無い場合)の信号として用いることができる。
Next, as shown in FIG. 5, consider a case where the object to be measured 21 is vibrated by the
加振源20による加振により発生した振動が被測定対象21内を伝搬し、繰り返し計測される場合、図7に示されるようにSvを複数回取得する場合もある。また加振する場合でも、図4と同様に、2回以上繰り返して信号収録を行うことが可能である。図8に例を示す。加振を行う場合も、パルス発生器からのトリガを使う方法や、加振のタイミングをトリガとして信号収録開始する方法など様々な方法が考えられる。
When the vibration generated by the vibration generated by the
次に、時間ゲートを用いて取得した信号の特性を評価する方法について考える。ここまでで信号の取得に関わる構成として、信号収録部4、信号処理部5、信号収録時間設定部6があるが、信号処理部5の機能として、信号強度比較機能、信号周波数特性比較機能を持たせることができる。それぞれの機能について説明する。
Next, consider a method of evaluating the characteristics of the signal acquired by using the time gate. Up to this point, there are a
まず、信号強度比較機能について説明する。発振レーザ光11を被測定対象21に照射すると、散乱帰還レーザ光12の量は、被測定対象21の表面の状態、すなわち粗さや形状などにより、変化する。鏡面に近い仕上げの表面粗さで形状が平面の場合、入射する発振レーザ光11に対して、散乱帰還レーザ光12は、正反射となる割合が高くなる。一方、粗い表面や曲面の被測定対象21に発振レーザ光11を照射する場合は、反射する際、散乱しやすく、したがって入射方向に帰還する散乱帰還レーザ光12の光量は低くなる。 First, the signal strength comparison function will be described. When the oscillating laser beam 11 is applied to the object to be measured 21, the amount of the scattering feedback laser beam 12 changes depending on the state of the surface of the object to be measured 21, that is, the roughness and shape. When the surface roughness is close to a mirror surface and the shape is flat, the ratio of the scattered feedback laser light 12 to the incident oscillating laser light 11 to be regular reflection is high. On the other hand, when the oscillating laser beam 11 is irradiated on the object to be measured 21 having a rough surface or a curved surface, it is likely to be scattered when reflected, and therefore the amount of light of the scattered feedback laser beam 12 returning in the incident direction is low.
意図的に加振する場合でも、被測定対象21自身が振動、あるいは外的要因のために振動している場合であっても、振動についての情報は、変調発振レーザ光13により得られるが、変調発振レーザ光13は散乱帰還レーザ光12が十分な光量をもってレーザ発振器2に帰還することが必要であり、光検出部3で得られる変調発振レーザ光13の信号強度は、散乱帰還レーザ光12の増減により変化する。
Information about the vibration can be obtained by the modulated oscillation laser light 13 even when the vibration is intentionally applied or when the object to be measured 21 itself is vibrating or vibrating due to an external factor. The modulated oscillation laser light 13 needs that the scattering feedback laser light 12 returns to the
しかし、前述したように、光検出部3は、発振レーザ光11および変調発振レーザ光13がビームスプリッタ7で分岐したものを受光しており、発振レーザ光11と変調発振レーザ光13を分離することはできない。したがって、光源1のレーザ出力やレーザ発振器2のレーザ発振効率の変化と、散乱帰還レーザ光12の光量の変化による変調発振レーザ光13の振幅の変化を区別することができない。
However, as described above, the
図9は、加振毎に信号収録を行い、それぞれの信号収録時間内で、2つの時間ゲートを設けてデータを取得し、そのデータ間の比較を最大信号強度により行う例を示している。計測箇所を変えながら計測を行うと、前述のような表面状態の変化による散乱帰還レーザ光12の光量が変化する場合がある。 FIG. 9 shows an example in which a signal is recorded for each vibration, data is acquired by providing two time gates within each signal recording time, and comparison between the data is performed by the maximum signal strength. If the measurement is performed while changing the measurement location, the amount of light of the scattering feedback laser light 12 may change due to the change in the surface state as described above.
ここで3回の加振(時刻Tv1、Tv3、Tvn)に対して行った信号収録結果(M1、M3、Mn)の各々のTg1、Tg2における信号強度について振幅の最大値(Tg1:I11、I31、In1、Tg2:I12、I32、In2)を同じ時間ゲート間で比較すると、I11<I31=In1、I12<I32<In2、などの関係を評価することができる。時間ゲートTg2の信号強度は、振幅に関係のないバックグラウンドとして扱うことができる。このバックグラウンドの変化で、振幅情報をもった時間ゲートTg1の信号強度を補正することで、例えば被測定対象21の表面状態の変化の影響を取り除いた信号強度評価が可能となる。すなわち、上記したとおり信号強度は、I11<I31=In1となっているが、これをバックグラウンドの変化で補正すれば、I11<I31>In1となる。バックグラウンドの変化は、被測定対象21の表面状態の変化の他、光源1やレーザ発振器2の変化等によって生じる可能性がある。
Here, the maximum amplitude (Tg1: I11, I31) of the signal strength at each Tg1 and Tg2 of the signal recording results (M1, M3, Mn) performed for the three vibrations (time Tv1, Tv3, Tvn). , In1, Tg2: I12, I32, In2) can be compared between the same time gates to evaluate relationships such as I11 <I31 = In1, I12 <I32 <In2. The signal strength of the time gate Tg2 can be treated as a background independent of amplitude. By correcting the signal strength of the time gate Tg1 having the amplitude information by this change in the background, it is possible to evaluate the signal strength by removing the influence of the change in the surface state of the object to be measured 21, for example. That is, as described above, the signal strength is I11 <I31 = In1, but if this is corrected by the change in the background, it becomes I11 <I31> In1. The background change may occur due to a change in the surface state of the object to be measured 21, a change in the
信号強度は、振幅の最大値以外に、時間ゲート内の信号強度の平均値、あるいは時間ゲート内のさらに限定した時間範囲の信号強度の最大値や平均値でもよく、その他、統計的処理により強度を数値化する方法が考えられる。また同じ信号収録(M1、M3、Mn)の中での信号強度の比較だけでなく、例えば、時間ゲートTg2の信号のみを抽出して、計測中の変化傾向をモニタリングすることなども可能である。 In addition to the maximum amplitude, the signal strength may be the average value of the signal strength in the time gate, or the maximum value or average value of the signal strength in a more limited time range in the time gate, and other strengths by statistical processing. Can be considered as a method of quantifying. In addition to comparing the signal intensities in the same signal recording (M1, M3, Mn), for example, it is also possible to extract only the signal of the time gate Tg2 and monitor the change tendency during measurement. ..
続いて各時間ゲートにおける信号に対して周波数解析を行い比較する場合を説明する。図10は、2回の加振(時刻Tv1、Tv3)の信号収録結果(M1、M3)各々の時間ゲートTg1、Tg2における信号についてフーリエ変換による周波数特性評価を行った例を示している。時間ゲートTg1は振動の影響を受けている時間の信号、時間ゲートTg2は振動を受けていない時間の信号として、両者を比較することで、与えられた振動の有無による周波数特性の違いを評価することが可能である。 Next, a case where frequency analysis is performed on the signals at each time gate and compared will be described. FIG. 10 shows an example in which the frequency characteristics of the signals at the time gates Tg1 and Tg2 of the signal recording results (M1 and M3) of the two vibrations (time Tv1 and Tv3) are evaluated by Fourier transform. The time gate Tg1 is a signal of the time affected by the vibration, and the time gate Tg2 is the signal of the time not affected by the vibration. By comparing the two, the difference in frequency characteristics depending on the presence or absence of the given vibration is evaluated. It is possible.
また、遅延時間Td2の値を変えて計測することで、振動の影響を受けなくなる時刻を知ることも可能である。さらに、図11に示すように、同じ信号収録時間内の信号の比較だけでなく、別の加振に対する信号との比較(例えば、M1のTg1とM2のTg1との比較)や、時間ゲートが同じものあるいは異なるものと組み合わせて比較(例えば、M1のTg1とM2のTg2との比較)することなどが可能である。こうした機能は、発振レーザ光11、変調発振レーザ光13がそれぞれの周波数特性を有し、発振条件の違いや振動の有無により変化することから、詳細な比較を可能にし、振動現象を明らかにするために有効である。また、周波数特性評価と前述した信号強度の評価を組み合わせて行ってもよい。 It is also possible to know the time when the effect of vibration is not affected by measuring by changing the value of the delay time Td2. Further, as shown in FIG. 11, not only the comparison of signals within the same signal recording time, but also the comparison with the signal for another vibration (for example, the comparison between Tg1 of M1 and Tg1 of M2) and the time gate. It is possible to make a comparison (for example, comparison between Tg1 of M1 and Tg2 of M2) in combination with the same or different ones. These functions enable detailed comparison and clarify the vibration phenomenon because the oscillating laser beam 11 and the modulated oscillating laser beam 13 have their respective frequency characteristics and change depending on the difference in oscillation conditions and the presence or absence of vibration. Is effective for. Further, the frequency characteristic evaluation and the signal strength evaluation described above may be combined.
本第1実施形態に示した信号評価のための信号収録時間設定は、計測前にあらかじめ値を決めて行っても良いし、一度計測したデータに対して、後から時間ゲートなどを設けて評価することも可能である、また、繰り返し計測をする場合、同じ時間設定で計測を続けることを想定しているが、途中で設定値を変えてもよいし、繰り返し毎に違う値に設定してもよい。 The signal recording time setting for signal evaluation shown in the first embodiment may be performed by determining the value in advance before the measurement, or the data once measured may be evaluated by providing a time gate or the like later. It is also possible to do it, and when performing repeated measurements, it is assumed that the measurement will be continued with the same time setting, but the set value may be changed in the middle, or set to a different value for each repetition. May be good.
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。ここでは超音波探傷における超音波受信を行う場合について説明する。図12は超音波の励起源(加振源20)としてパルスレーザを照射する場合を示している。なお、図12において23は、加振源20を操作する走査機構である。レーザ超音波法では、数ナノ秒のパルス幅のパルスレーザを被測定対象21の表面に照射することにより、超音波を発生することができる。
(Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described. Here, a case of performing ultrasonic wave reception in ultrasonic flaw detection will be described. FIG. 12 shows a case where a pulse laser is irradiated as an excitation source (vibration source 20) of ultrasonic waves. In FIG. 12, 23 is a scanning mechanism for operating the
パルスレーザ光源として使用するレーザは、例えばNd: YAGレーザ、CO2レーザ、Er:YAGレーザ、チタンサファイアレーザ、アレキサンドライトレーザ、ルビーレーザ、色素(ダイ)レーザおよびエキシマレーザなどが挙げられ、もちろんこれ以外のレーザ光源も考えられる。レーザ光源は1台だけでなく2台以上の複数台から構成することもある。 Examples of the laser used as the pulse laser light source include Nd: YAG laser, CO 2 laser, Er: YAG laser, titanium sapphire laser, Alexandrite laser, ruby laser, dye (die) laser and excima laser, and of course, other lasers. Laser light source is also conceivable. The laser light source may be composed of not only one unit but also two or more units.
超音波の受信側は、発振レーザ光11を被測定対象21に照射し、散乱帰還レーザ光12がレーザ発振器2に再注入され、そして発生する変調発振レーザ光13を光検出部3で受光することで、超音波Uの受信信号14を得る。パルスレーザの照射位置は、加振源20である照射プローブを走査機構23で走査することにより変えることが可能である。
The receiving side of the ultrasonic wave irradiates the object to be measured 21 with the oscillating laser beam 11, the scattering feedback laser beam 12 is re-injected into the
図13は、パルスレーザによる超音波励起の代わりに、加振源20として圧電素子により超音波を送信する場合を示している。図12の場合でも同様だが、被測定対象21の内部に存在する欠陥22から反射される超音波を自己光混合干渉法で受信することにより、欠陥探傷を行うことが可能である。
FIG. 13 shows a case where ultrasonic waves are transmitted by a piezoelectric element as a
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are shown as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
1……光源、2……レーザ発振器、3……光検出部、4……信号収録部、5……信号処理部、6……信号収録時間設定部、7……ビームスプリッタ、8……集光部、9……全体制御部、10……光源レーザ光、11……発振レーザ光、12……散乱帰還レーザ光、13……変調発振レーザ光、14……受信信号、20……加振源、21……被測定対象、22……欠陥、23……走査機構。 1 ... light source, 2 ... laser oscillator, 3 ... light detection unit, 4 ... signal recording unit, 5 ... signal processing unit, 6 ... signal recording time setting unit, 7 ... beam splitter, 8 ... Condensing unit, 9 ... Overall control unit, 10 ... Source laser light, 11 ... Oscillating laser light, 12 ... Scattered feedback laser light, 13 ... Modulated oscillation laser light, 14 ... Received signal, 20 ... Vibration source, 21 ... Target to be measured, 22 ... Defect, 23 ... Scanning mechanism.
Claims (9)
ビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタによって分岐された発振レーザ光、ならびに前記被測定対象の表面から前記レーザ発振器への散乱帰還レーザ光により変調され前記ビームスプリッタによって分岐された変調発振レーザ光を受光し電気信号に変換する光検出部と、
前記光検出部により変換された発振レーザ光もしくは変調発振レーザ光の強度である受信信号を収録する信号収録部と、
を具備し、
信号収録開始から信号収録終了の時間内に、2つ以上の任意の値の遅延時間と、当該遅延時間毎に設けられた任意の幅の時間ゲートとが設けられ、それぞれの前記時間ゲートで前記光検出部により取得された受信信号を個々に収録する
ことを特徴とする非接触振動計測装置。
A laser oscillator equipped with a light source and oscillating an oscillating laser beam that irradiates the surface of the object to be measured with a light source laser beam output from the light source as a seed.
Beam splitter and
The oscillating laser light branched by the beam splitter and the modulated oscillating laser light modulated by the scattering feedback laser light from the surface of the object to be measured to the laser oscillator are received and converted into an electric signal. Light detector and
A signal recording unit that records a received signal that is the intensity of the oscillating laser light or the modulated oscillating laser light converted by the light detection unit.
Equipped with
Within the time from the start of signal recording to the end of signal recording, a delay time of two or more arbitrary values and a time gate of an arbitrary width provided for each delay time are provided, and the time gate is provided at each of the time gates. A non-contact vibration measuring device characterized in that the received signals acquired by the optical detector are individually recorded.
前記遅延時間と前記時間ゲートを設定するための信号収録時間設定部を備えることを特徴とする非接触振動計測装置。
In the non-contact vibration measuring device according to claim 1,
A non-contact vibration measuring device including a signal recording time setting unit for setting the delay time and the time gate.
収録した前記受信信号を解析するための信号処理部を備えることを特徴とする非接触振動計測装置。
In the non-contact vibration measuring device according to claim 1 or 2.
A non-contact vibration measuring device including a signal processing unit for analyzing the recorded received signal.
前記信号収録開始から前記信号収録終了までのステップを繰り返し行うことを特徴とする非接触振動計測装置。
In the non-contact vibration measuring device according to any one of claims 1 to 3.
A non-contact vibration measuring device characterized in that the steps from the start of signal recording to the end of signal recording are repeated.
前記時間ゲート毎に得られた受信信号の信号強度を比較する信号強度比較機能を有することを特徴とする非接触振動計測装置。
In the non-contact vibration measuring device according to any one of claims 1 to 4.
A non-contact vibration measuring device having a signal strength comparison function for comparing signal strengths of received signals obtained for each time gate.
前記時間ゲート毎に得られた受信信号の周波数特性を比較する信号周波数特性比較機能を有することを特徴とする非接触振動計測装置。
In the non-contact vibration measuring device according to any one of claims 1 to 5.
A non-contact vibration measuring device having a signal frequency characteristic comparison function for comparing the frequency characteristics of received signals obtained for each time gate.
前記信号収録開始から前記信号収録終了の時間内に、前記被測定対象に対して加振源にて振動を加え、振動を加えた時間から、第1遅延時間の後に設けられ1つ以上の第1時間ゲートと、第1遅延時間とは異なる値の第2遅延時間の後に設けられた1つ以上の第2時間ゲートがあり、それぞれの時間ゲートで取得された受信信号を収録することを特徴とする非接触振動計測方法。
A non-contact vibration measuring method using the non-contact vibration measuring device according to any one of claims 1 to 6.
Within the time from the start of the signal recording to the end of the signal recording, vibration is applied to the object to be measured by the vibration source, and one or more first delay times are provided after the first delay time from the time of the vibration. It is characterized by having a 1-hour gate and one or more second-hour gates provided after a second delay time having a value different from that of the first delay time, and recording the received signal acquired by each time gate. Non-contact vibration measurement method.
前記加振源としてパルスレーザを用いることを特徴とする非接触振動計測方法。
The non-contact vibration measuring method according to claim 7.
A non-contact vibration measuring method comprising using a pulse laser as the vibration source.
前記加振源として圧電素子を用いることを特徴とする非接触振動計測方法。 The non-contact vibration measuring method according to claim 7.
A non-contact vibration measuring method comprising using a piezoelectric element as the vibration source.
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